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INESCIST

IP sobre ATM

Augusto Casaca

IST/INESC

(Augusto.Casaca@inesc.pt)

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INDICE

1. IP e ATM: cooperantes ou competidores?

2. IP sobre ATM: modelo clássico

3. Multiprotocolo sobre ATM (MPOA)

4. Conceito de Comutação de Etiquetas

5. Comutação IP (IP Switching)

6. Comutação de Marcas (Tag Switching)

7. RSVP

8. Conclusões

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1. IP e ATM: COOPERANTES OU COMPETIDORES?

IP (Internet Protocol)

• Protocolo para interligação de redes (camada 3).

• Pacotes de comprimento variável.

• Fornece um serviço sem conexão.

• Endereçamento próprio.

• Mecanismos de encaminhamento próprios.

• Existência de Multicasting.

• Maioria das aplicações corre sobre IP.

• Reserva de recursos e falta de garantias para a Qualidade de Serviço são um problema.

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• Modo de transferência baseado na comutação de pacotes de comprimento fixo (53 octetos).

• Possibilidade de suportar todos os protocolos das camadas superiores.

• Fornece um serviço orientado à conexão.

• Endereçamento próprio.

• Mecanismos de encaminhamento próprios.

• Vários tipos de serviço ATM (DBR, SBR, ABR, UBR,…).

• Várias classes de Qualidade de Serviço.

• Capacidade de suportar directamente aplicações.

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

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• Potencialmente ATM e IP podem competir entre si.

• Visões extremistas são possíveis:

Rede Universal baseada em ATM Rede Universal baseada em IP

• Co-existência de IP e ATM é a solução mais provável.

• IP sobre ATM para as aplicações existentes. ATM é usado para enviar pacotes IP ao longo da rede.

• Novas aplicações requerendo garantias de Q. de S. podem correr directamente em ATM.

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2. IP sobre ATM: MODELO CLÁSSICO

• Este modelo foi criado no IETF.

• Adopta um modelo overlay:

• ATM é considerado como um protocolo da camada 2.

• IP corre sobre a infraestrutura ATM sem modificações nos routers e nos sistemas terminais.

• Encaminhamento/Endereçamento IP e ATM são independentes.

• IP permite a conectividade entre redes com diferentes protocolos na camada 2.

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• A estrutura clássica das redes IP é preservada.

• Numa LIS (Logical IP Subnet) todos os membros têm o mesmo netid.

• Qualquer pacote IP destinado para fora da sub-rede original, passa por um router.

C

C

CC C

C

R

LIS CLIS BLIS A

C RComputador Router

RC

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Resolução de Endereços (RFC 1577)

• É preciso um mecanismo para converter endereços IP em endereços ATM.

• Cada LIS contém um único Servidor ATM ARP (Address Resolution Protocol).

Rede ATM

ServidorATM ARP

Cliente B

Cliente A

35

2

4

1

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Encapsulamento dos pacotes IP (RFC 1483)

• Os pacotes IP são encapsulados numa PDU AAL5 (Encapsulamento LLC/SNAP).

Pacote IP

AAL5 SDU

PacoteEncapsulado

(LLC) (OUI) (PID)

0xAA-AA-03 0x00-00-00 0x08-00

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Multicasting• Em multicasting, os dados são entregues simultaneamente a um grupo de

utilizadores.

• Multicasting não ocorre naturalmente numa rede ATM.

• É necessário ter um Servidor de Resolução de Endereços Multicast (MARS);

Rede ATM

Cluster 1 Cluster 2RouterIPmc

MARS1

H1H2 H3

H4

Subrede IPMARS2

RouterIPmc

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Optimização do Encaminhamento

• Problema no modelo clássico: qualquer pacote encaminhado entre sistemas que pertençam a LIS distintas tem de passar por um router.

• A solução é o NHRP (Next Hop Resolution Protocol).

HSS1 HSS2 HSS3 HSS3

LIS1 LIS2 LIS3 LIS4

RedeNBMA

SistemaDestino

Conexão directaSistemaOrigem

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3. MULTIPROTOCOLO SOBRE ATM (MPOA)

• Suporta qualquer protocolo da camada de rede (camada 3) sobre ATM.

• Desenvolvido no ATM Forum.

• É uma evolução da Emulação de LANs (LANE).

• Em LANE, a comunicação entre subredes faz-se através de routers.

• MPOA usa o mecanismo NHRP para obter uma conectividade directa entre sistemas pertencentes a subredes distintas.

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• Objectivo principal: obtenção de uma conectividade completa (extremidade-a-extremidade) ao nível da camada 3 em redes ATM.

• MPOA integra LANE para comunicação interna à LIS e NHRP para resolução de endereços.

• MPOA utiliza os protocolos de sinalização ATM.

• MPOA baseia-se no modelo overlay.

• Elementos básicos de MPOA são:

Edge Device - suporta interfaces LAN para clientes de LANE

MPOA Host - sistema ATM que suporta MPOA

MPOA Router - router convencional que suporta MPOA.

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Edge Device

ou

MPOA Host

Cliente(s)

LANE

Cliente(s) MPOA

LAN

Emulada

Servidor(es)

MPOANHS

MPOA Router

Cliente(s)

LANE

• Arquitectura cliente-servidor• Funções principais: configuração, registo e descoberta, resolução de

endereços destino, gestão das conexões e transferência de dados.

Comunicação entre elementos MPOA

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4. CONCEITO DE COMUTAÇÃO DE ETIQUETAS(Label Switching)

• Objectivo: evitar a complexidade inerente ao modelo clássico IP sobre ATM (diferentes endereçamentos, mecanismos de encaminhamento e alocação de recursos nos dois protocolos).

• O modelo overlay não é utilizado.

• Etiqueta: pequeno conjunto de bits, de comprimento fixo e não estruturado. Transportada no cabeçalho de uma trama (nível 2) ou num campo suplementar entre os cabeçalhos de níveis 2 e 3 de um pacote.

• Em ATM a etiqueta pode ser transportada nos campos VPI ou VCI.

• Em Frame Relay pode ser transportada no campo DLCI.

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• Comutadores ATM enviam pacotes para a rede utilizando “substituição de etiquetas” (label swapping), mas o mecanismo para construir as tabelas de encaminhamento é controlado pelo protocolo IP.

• Sob o ponto de vista de controlo de comutador, os comutadores ATM comportam-se como routers IP.

• Eliminou-se a necessidade de mapeamento entre IP e ATM ao nível do controlo.

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5. COMUTAÇÃO IP(IP Switching)

• Desenvolvido pela Ipsilon.

• Distinto do Modelo Clássico e de MPOA.

• Admite que IP é o único protocolo a considerar na camada rede.

• A actual tecnologia dos routers apresenta limitações de velocidade.

• Objectivo: realizar encaminhamento IP com a velocidade de comutação ATM.

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Comutador IP

• O software de um router IP é integrado no hardware de um comutador ATM.

• Não utiliza sinalização ATM.

Controlador doComutador IP

ComutadorATM

Realização

SoftwareIP

Software de gestãodo Comutador ATM

HardwareATM

Conceito

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Operação do Comutador IP

b) Redireccionamento para montante

Controlador doComutador IP

ComutadorATM

Comutador IP

Redirecciona

Nó amontante

Nó ajusante

a) Modo Store and forward

Controlador doComutador IP

Comutador IP

Nó amontante

Nó ajusanteComutador

ATM

c) Redireccionamento para jusante

Controlador doCOmutador IP

ComutadorATM

Comutador IP

Redirecciona

Nó amontante

Nó ajusante

d) Modo Cut-through

Controlador doComutador IP

ComutadorATM

Comutador IP

Nó amontante

Nó ajusante

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6. COMUTAÇÃO DE MARCAS(Tag Switching)

• É uma proposta da CISCO.

• Tag Switching não está restringido a utilizar só tecnologia ATM.

• Uma marca (conjunto de bits) é associada com o endereço destino. É o equivalente a uma etiqueta.

• Os pacotes que vão para um certo destino têm um prefixo constituído por uma marca à medida que são comutados na rede.

• Os comutadores de marcas tomam decisões rápidas para o envio de pacotes através do mecanismo de substituição de etiquetas.

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• Componentes do Comutador de marcas• Envio de pacotes

• A marca é utilizada como um apontador para a TIB (Tag Information Base).

• Cada entrada na TIB consiste de :

marca de entrada: marca de saída, interface de saída, info sobre ligação de saída.

• Para cada igualdade: a marca do pacote é substituída pela marca de saída e a informação da ligação de saída substitui a existente no pacote.

• O pacote é enviado para a interface de saída.• Controlo

• Gera ligações de marcas a caminhos na rede ou a fluxos de informação.

• Distribui informação sobre as ligações pelos comutadores de marcas.

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TS TS

TSTS

Protocolo de distribuíção de marcas

TER

TER

TER

TER

TER

TER

TER

Arquitectura de comutação de marcas para ATM

TS Tag Switch

Tag Edge RouterTER

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7. RSVP

• Resource Reservation Protocol (RSVP) é usado pelas aplicações num ambiente IP para reservar recursos numa rede ao longo do caminho estabelecido pelo algoritmo de encaminhamento.

• Os nós da rede, quando recebem uma mensagem RSVP, executam uma espécie de “Controlo de Aceitação da Conexão” (CAC) e reservam os recursos necessário (soft-state).

• RSVP é um protocolo simplex.

• É orientado para o receptor.

• Usado para comunicações unicast e multicast.

• É feito um controlo de tráfego para fluxos IP semelhante ao que é feito pela sinalização para fluxos de células ATM.

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• O uso de RSVP numa rede IP sobre ATM, requer o mapeamento das mensagens RSVP em mensagens de sinalização ATM.

• Para realizar uma reserva na rede:

• Sessão - fluxo de dados identificado pelo receptor.

• Especificação de Fluxo - contém os requisitos de Q. de S. da aplicação

• Especificação de filtro - determina os pacotes a que se aplica a especificação de fluxo.

• Um descriptor de fluxo contém: Especificação de fluxo e Especificação de filtro.

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Fluxo de mensagens RSVP

• Descriptor de fluxo é transmitido como um parâmetro de RSVP.

• Mensagens RSVP transportadas dentro de pacotes IP.

R1 R2

R3

R4

R i

Emissor

Path

Router

Receptor 1

Resv

Receptor 2

Receptor 3

Receptor 4

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8. CONCLUSÕES

• IP e ATM representam duas filosofias diferentes para redes de informação.

• A convergência de redes IP e ATM não atingiu ainda a estabilidade.

• Tem-se, no entanto, progredido para obter uma integração eficiente de IP e ATM.

• Se essa integração fôr bem sucedida, significa uma melhoria considerável nos serviços Internet.

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• O modelo clássico de IP sobre ATM é uma solução testada. Foi melhorado com multicasting (MARS) e encaminhamento optimizado (NHRP).

• MPOA é um protocolo complexo, baseado no conhecido conceito de Emulação de LANs. Pode ser, no entanto, uma boa solução para integrar protocolos da camada 3 sobre ATM.

• Comutação IP e Comutação de Marcas são soluções proprietárias.

• Outras soluções proprietárias existem: CSR (Toshiba) e ARIS (IBM).

• O grupo MPLS (Multiprotocol Label Switching) no IETF pretende normalizar uma tecnologia que integre o paragdigma de “substituição de etiquetas” com o encaminhamento ao nível de camada de rede.

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• Reserva de recursos e falta de garantias de Q. de S. são um problema em redes IP.

• RSVP é uma primeira tentativa para resolver este problema. Porém, RSVP parece ter problemas em redes de grandes dimensões.

• Existem outras propostas em estudo no IETF para reserva de recursos em rede IP (e.g. serviços diferenciados).

• Embora a maioria das aplicações corra em IP, é possível desenvolver novas aplicações que corram directamente sobre ATM; isto dará garantias de Q. de S. às aplicações.